剛果(金)加丹加省科盧韋齊銅礦床地質特征及礦床成因

王洪亮

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

0 引言

科盧韋齊(Kolwezi)銅礦位于剛果(金)加丹加省科盧韋齊市區西南部邊緣，礦權區面積3.37 km2。礦區位于加丹加高原，地勢南高北低，海拔1 375～1 520 m。該礦自1940年開始開采，至1963年結束，最大開采深度約90 m。分析與探討該礦床的地質特征及礦床成因，對擴大該礦床的找礦遠景和找礦方向具有重要指導意義，且有利于區域內類似礦床的研究。

1 區域地質背景

剛果(金)地處中非剛果盆地內，大地構造位置處于剛果克拉通東北部。繼石炭世古老基底形成后，開始了大陸侵蝕和堆積過程，至古近紀出現造山運動，并進一步導致剛果河周圍地殼的隆起，形成了中非剛果盆地(圖1)。

區域出露地層主要為前寒武紀加丹加沉積巖相地層，不整合于下伏的古老基底之上，主要為一套巨厚的海相淺水富鎂碳酸鹽巖、碎屑巖沉積，區域變質程度較低，以綠片巖相為主，自下而上分為羅安群、恩古巴群、孔德龍古群3個群，其中羅安群是主要賦礦地層。區域地質構造極其復雜，褶皺和斷裂發育。剛果(金)一側未見有巖漿巖出露(Cailteux，2003)。

贊比亞—剛果(金)銅(鈷)礦帶聞名于世，斜貫于贊比亞、剛果(金)南部，是僅次于南美洲安第斯山和北美洲美國西南部—墨西哥的世界第三大銅礦帶。在剛果(金)境內加丹加銅礦帶上的銅礦按伴生有用組分分成兩大類：一類是與鈷、鈾及其他金屬伴生的銅礦，稱銅－鈷－鈾礦床;另一類是與鉛鋅伴生的銅礦，稱銅－鉛－鋅礦床(宋小軍等，2009;辛建偉等，2009)。

Kolwezi銅礦床所在區域的構造主要由加丹加褶皺－推覆構造帶組成，屬非洲中部盧菲利(Lufilian)弧形構造帶的一部分(趙英福，2011)。盧菲利弧形構造帶總體呈NW—SE走向，在剛果(金)境內，主要構造線在Kolwezi—Likasi地區為EW向，然后從Likasi—Lubumbashi轉為SE向延伸入贊比亞境內。構造帶內次級構造極其復雜，穹隆、殘丘、背向斜、推覆構造和斷裂極其發育。

2 礦床地質特征

2.1 礦區地層

礦區出露地層比較簡單，主要為羅安群及第四系覆蓋物。羅安群是該區的主要地層，為一套淺海相的細碎屑巖和變質巖，原巖為白云巖、頁巖、黏土巖、砂巖等。羅安群上部(RGS、CMN、部分 SDS、BOMZ)常受構造作用破碎呈沙狀、次棱角、渾圓狀、角礫狀，中下部(部分SDS、BOMZ以及大部分SDB、RSC、RSF、RAT)較為完整。第四系、新近系在近地表廣泛發育(圖2)。

圖1 非洲加丹加和謙比希帶地質簡圖(據 Kampunzu et al，2005)Fig.1 Simplified geological map of the Katanga and Chambishi belts in Africa(after Kampunzu et al，2005)

圖2 加丹加省Kolwezi銅礦區地質圖Fig.2 Geological map of the Kolwezi copper area in Katanga Province

2.2 礦區構造

礦區位于盧菲利弧形構造帶之外部褶皺和推覆帶的西北端Kolwezi推覆體的南中部，受推覆構造影響顯著，主要構造由褶皺以及斷裂帶組成(圖3)。礦區斷裂構造發育，有近EW及近SN向2組主要斷裂帶。近SN向斷裂帶劃分礦區為2個礦區;Nioka Ouest及Kolwezi。兩者的礦化強度明顯不同，Kolwezi礦區銅礦富且延深大，為主要礦體。近EW向斷裂主要由 F1、F2、F3組成，近 SN向斷裂主要是F4、F5、F6等。其中F3斷裂控制了主礦體的南部邊界，出露在X=700線以東，長度＞1 500 m，北傾60°～ 80°。

圖3 Kolwezi礦區構造綱要簡圖(據GCM 1∶5 000地形地質圖改編)Fig.3 Sketch showing structure outline of the Kolwezi ore district(modified from GCM topographic and geological map at a scale of 1∶5 000)

2.3 礦體地質

2.3.1 礦體特征 礦區礦體呈層狀產出，主要賦存于羅安群 BOMZ、SDB、RSC、RSF 及部分 CMN、RAT以及SDS中，總體形態為南部較平緩、北部近直立。圈定出主銅礦體1條，其他較小銅礦體18條。其中Cu1礦體是主礦體，其規模大、形態規整、賦礦層位較穩定。Cu1銅資源量約占總資源量的79.4%。

礦化主要呈細脈、浸染狀產出。局部有成礦晚期輝銅礦、成礦后期孔雀石脈疊加。全區礦體可分為2個礦段：Nioka Ouest和Kolwezi礦段，Kolwezi礦段為該區主礦體的主要礦段，礦體總體走向近EW向，傾角較陡，多近于直立。1號礦體由前人采坑及109個見礦鉆孔控制，走向長1 450 m，西部出露地表，東部隱伏于地下，賦礦標高：1 399～1 014 m，礦體產狀：走向近EW向，東部礦體南翼較平緩北翼較陡，西部變陡近于直立，礦體東部和西部具有分支復合現象。礦體厚度變化不大，平均厚度為75.58 m，厚度變化系數為65%，礦體平均品位為4.13%，品位變化系數為102%，屬于較均勻。

2.3.2 巖礦特征 (1)礦石礦物。礦石成分較簡單，礦石礦物主要為孔雀石、自然銅、斑銅礦、赤銅礦、水鈷礦、水鈷銅礦、鈷白云石，少量硅鈷礦、黑銅礦、黃銅礦，微量硫銅雀石、輝銅礦等;其他金屬礦物主要為赤鐵礦、鏡鐵礦，偶見黃鐵礦。脈石礦物有鉀長石、石英、絹云母、綠泥石、綠簾石、斜長石、黑云母等。各礦石礦物特征如下。

孔雀石：為翠綠色—深綠色，晶體呈纖維狀、針狀、放射狀，粉末狀、皮殼狀結構，常呈小團塊狀、似層狀、脈狀構造出現，脈體可穿切層理，分布不均勻。孔雀石常分布在脈石礦物的顆粒表面或者是充填在脈石礦物的顆粒間隙或裂隙中。能譜分析孔雀石平均含銅55.34%。

硅孔雀石：呈淺綠色，硅孔雀石也是礦石中重要的銅礦物，該礦物多呈膠狀、皮殼狀、鐘乳狀、脈狀產出。硅孔雀石的X射線衍射圖顯示，礦石中的硅孔雀石結晶較差，衍射線弱而不清晰，衍射線較少。硅孔雀石常分布在褐鐵礦、脈石礦物表面或顆粒間隙、裂隙空洞中。能譜分析，硅孔雀石平均含銅46.55%，鈷0.11%，鋁1.60%，硅23.34%，氧28.13%。

輝銅礦：鉛灰色，風化表面灰黑色;多呈他形粒狀、脈狀。常沿層理產出而呈似層狀、細脈帶狀構造，同時常見穿切層理的脈狀輝銅礦。巖石中的輝銅礦有2種存在形式：一種呈微粒狀，粒徑一般為0.01～2.6 mm，平行層理斷續定向分布;另一種呈脈狀，脈中的輝銅礦顆粒相對較粗，粒徑為0.2～0.5 mm。輝銅礦形成分2期，早期呈層狀產出，晚期呈脈狀產出。

自然銅：呈新鮮紅銅色，氧化后表面形成氧化膜而呈棕褐色，他形粒狀、片狀、細脈狀。

赤銅礦：呈致密塊狀、粒狀或土狀。常與自然銅、孔雀石、藍銅礦、硅孔雀石、褐鐵礦共生。

斑銅礦：鏡下鑒定呈渾圓狀、水滴狀，粒徑一般為0.05～0.1 mm，斑銅礦反射色為粉紅褐色，顯均質性，中硬度，斑銅礦與輝銅礦共生在一起，零星分布在非金屬礦物的間隙中。

(2)賦礦圍巖。對50件賦礦巖石進行了全巖分析，主要成分以 SiO2、Al2O3、MgO、CaO、CO2為主(表1)，并且各組分間有一定的相關性(表2)。

表1 巖石全分析各組分統計表Table 1 Statistics of different components by whole-rock analysis

表2 巖石全分析中各組分相關關系表Table 2 Correlation of different components by whole-rock analysis

由表1可知，研究區主要有害成分為SiO2，均值達40.58%，CaO均值為 6.42%，MgO均值為10.57%。由表2可知，巖石中主要成分SiO2、Al2O3與CaO、CO2呈負相關，MgO與各組分間相關關系不明顯。

2.4 圍巖蝕變

由于區內銅鈷礦體的形成與區域變質作用、熱液改造等有關，因此產生一系列與之相關的圍巖蝕變，主要有石墨化、滑石化、硅化、白云巖化、絹云母化、碳酸鹽化等，其中硅化、白云巖化、碳酸鹽化與礦化關系密切。

2.5 礦物世代

根據野外觀察、巖礦鑒定，建立了主要成礦期次及主要礦物的生成順序(圖4)。成礦世代可劃分為早期成巖階段的初始成礦期、早期成巖階段的主成礦期、熱液改造富集期和表生富集期4個階段。

(1)早期成巖階段的初始成礦期：中晚元古時期即羅安時期至孔德龍古時期的同沉積。早期的成巖階段是礦化初始階段，但礦化程度較弱，有益的Cu、Co元素富集較少。

(2)早期成巖階段的主成礦期：銅鈷礦化都在隨后的裂谷盆地的火山活動和同生斷裂活動的成巖過程中繼續沉淀，是成巖階段的主成礦期。礦區在此階段地質環境以還原環境為主，裂谷盆地中的同沉積斷裂是主成礦期Cu元素遷移的有利通道，形成了大量的輝銅礦和少量的黃銅礦、黃鐵礦，是重要的層狀銅鈷硫化物富集階段。

圖4 礦物形成世代Fig.4 Sequence of mineral formation

(3)晚期造山運動及熱液改造富集期：早期沉積的礦化地層被多期次的構造切割破壞。與造山熱動力有關的熱液活動，使原有礦床受到改造，可使巖石中分散的硫化物活化遷移，沿一些構造裂隙充填成礦，礦化階段和破碎以及裂隙有密切關系。從柱狀石英脈礦物的流體包裹體測試獲得的溫度記錄最高達到400℃，它們代表主要的成礦環境是高溫，并且埋藏深度大。從相關資料獲得金紅石的U－Pb測年，確定了晚期的熱液運動時間是514 Ma，此次活動與盧菲利造山運動造成的變質有關，熱液的活動使得銅礦物再次活躍和富集，并且含有Cu、Co等重要的成礦元素。

(4)表生富集期：地表及近地表的銅鈷硫化物礦物，因長期氧化淋濾作用，使銅鈷硫化物變為氧化物(或氫氧化物)的同時次生富集。目前礦區已開采的礦體主要位于背斜的軸部，礦體出露地表易于露天開采，以氧化礦，孔雀石、藍銅礦、水鈷礦和鈷華等為主，少量赤銅礦、自然銅出現在氧化帶下部;礦體的品位高，易于冶煉。

3 礦床成因、控礦因素及找礦標志

3.1 控礦因素

Kolwezi礦區礦體具有明顯的層控特征。Cu1號銅礦體主要賦存于BOMZ、SDB的白云質頁巖以及RSF的硅化白云巖中，礦體的形態整體與SDB及RSF的形態一致，證明有益的Cu、Co元素最后富集沉淀的位置主要集中在這2個層位中。層控的過程主要存在于成礦的2個階段：一是早期成巖過程中金屬元素的富集;二是在后期的造山運動過程中沿層間斷裂熱液流體的侵入，萃取有益元素沉淀富集。2個過程與同沉積斷裂及層間斷裂有密切的關系，這也是礦體層狀特征的形成過程。

礦區的構造活動強烈，主要階段是在盧菲利弧造山運動期。礦區幾個重要的地質構造都與之相關：區域性逆沖推覆構造、褶皺構造、開啟背斜的軸部斷裂群和層間斷裂等。各種構造共同控制著礦體的產出形態。

3.2 礦床成因

關于剛果(金)—贊比亞銅鈷礦帶成因，早期學者一般認為與巖漿侵入熱液活動有關，然而隨著研究的深入，發現礦化層沿走向與傾向方向穩定延伸。據此，部分專家提出同沉積觀點，提出鐵、鈷、銅等金屬是由化學沉積或碎屑形成的。20世紀80年代，有的學者持有裂谷成礦模式的觀點，即成礦物質既可能源自上部的火山沉積物質，也可能源自基性侵入巖的地殼深處，由同沉積斷層溝通，造成盆地的礦化鹵水循環并發生交代作用而成。雖然各學術觀點論述的偏向性和角度存在差異，對于成礦流體和成礦物質來源及遷移途徑有不同的認識，但均認為同沉積過程是該區Cu、Co等元素最重要的富集階段(劉運紀等，2011;陳興海等，2012)，后期的熱液活動使得礦化得到進一步的富集。

Kolwezi礦區在經過盧菲利造山運動后較好地保存了羅安群的完整巖系，包括礦山組(R2)和迪佩特組(R3)，缺失RAT組(R1)、木瓦夏組(R4)，木瓦夏組在礦帶上不存在大礦床。完整的礦山組為礦床成因研究提供了有利的直接證據。綜合多方面的資料，礦區應屬于早期沉積富集、晚期熱液改造富集、表生富集，受區域性逆沖推覆構造和層間斷裂等控制的多成因多重控制的銅鈷礦床，即屬于熱液改造沉積型砂頁巖銅(鈷)礦床。

3.3 找礦標志

Kolwezi銅礦床具有與剛果金—贊比亞銅鈷礦帶層狀砂頁巖銅鈷礦床相似的特征。羅安群的礦山組(R2)為主要標志層，其中RSC(礦山組下段上部)蜂窩狀硅化、白云石化地層由于抗風化能力強，常常形成正突起而成為最好的標志層，并且常因為RSC層位中含有一定的鈷礦化而鈷筍生長旺盛，是研究區良好的植物找礦標志。

礦區西部(Nioka Ouest)大部分地段存在礦山組，預測有礦體延伸并有少量鉆孔驗證見到有礦(化)體存在，深部構造復雜，埋藏深度大，已知部分含礦層位礦化強度較弱，探礦工程較少。因此，建議加強綜合研究，開展普查工程，初步查明礦體的賦存規律及礦化特征，進一步探明礦床的規模。

4 結論

剛果(金)加丹加省Kolwezi銅礦床礦區出露地層為羅安群及第四系覆蓋物，主要構造由褶皺以及斷裂帶組成。礦體呈層狀產出，銅礦化與地層層位密切相關，主要賦存于羅安群中。地層中化學成分以 SiO2、Al2O3、MgO、CaO、CO2為主，各組分間有一定的相關性。礦石礦物主要為黃銅礦、孔雀石、自然銅及斑銅礦;脈石礦物有長石、石英、綠泥石、綠簾石、黑云母等。礦石以他形粒狀結構，層狀、浸染狀構造為主。銅鈷礦體的形成與區域變質作用、熱液改造有關，進而產生了一系列與之相關的硅化、白云巖化等圍巖蝕變。其成礦世代可劃分為早期成巖階段的初始成礦期、早期成巖階段的主成礦期、熱液改造富集期和表生富集期4個階段。Kolwezi銅礦床礦體具有層控特征，礦區地層及構造起到強烈的控礦作用。結合前人的研究成果，得出Kolwezi銅礦床屬于熱液改造沉積型砂頁巖銅(鈷)礦床，并具有良好的找礦前景。

阿爾芒·弗朗索瓦.2006.剛果(金)銅鈷礦帶西部地區地質研究［R］.北京：奧盛蒂投資咨詢有限公司.

陳興海，劉運紀，楊焱，等.2012.剛果(金)Sicomines銅鈷礦床地質特征及成因探討［J］.有色金屬：礦山部分，64(6)：31－37.

何金祥.2001.非洲地質概要［J］.國土資源情報，(11)：11－13.

劉運紀，王紀昆，張泰.2011.剛果(金)Dimma銅鈷礦床地質特征及成因分析［J］.地質找礦論叢，26(4)：446－452.

宋小軍，李向前，秦正永，等.2009.剛果(金)加丹加群銅鈷礦帶控礦地質特征［M］.北京：地質出版社.

辛建偉，王紀昆，陳志國，等.2009.剛果(金)綠紗銅鈷礦床地質特征淺議［M］.北京：地質出版社.

趙英福.2011.剛果(金)科盧韋齊銅礦地質特征及成礦機理淺析［J］.礦產與地質，52(3)：203－207.

KAMPUNZU A B，CAILTEUX J L H，MOINE B，et al.2005.Geochemical characterization，provenance，source and depositional environment of Roches Argilo－Talquses(RAT)and mine subgroups sedimentary rocks in the Neoproterozoic Katangan Belt(Congo)：Lithostratigraphic implications［J］.Journal of African Earth Sciences，42：119－133.

CAILTEUX J L H.2003.Proterozoic sedimentary－hosted base metal deposits of Western Gondwana［J］.Conference and Field Workshop，Lubumbashi，28(1)：223－224.